几何精度设计概论.ppt

互换性与技术测量,（几何精度规范学）,贾贵西电话：13838422298,第1章几何精度设计概论,一几何误差的基础知识,本章主要内容,二几何精度的基础知识,三几何精度规范,四课程的性质、任务及要求,重点要求,互换性与公差的定义及作用,1.1几何误差基础知识,1.1.1几何误差本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件安装组成。固态产品的特点是具有特定的几何外形，而几何外形的特性对其使用功能具有直接的影响。几何误差就是指制成产品的实际几何参数（表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置）与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。,1.1.2几何误差产生的原因几何误差是由于加工和装配过程的实际状态偏离其理想状态所形成的。造成几何误差的原因主要有：加工原理误差、工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力引起的加工误差和测量误差等。产生几何误差的主要因素有机床、刀具、夹具、工艺、环境、材料和人员等。,1.1几何误差基础知识,机床用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与工件间不准确的相对运动使工件产生形状误差。夹具的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受力变形和温度变形。直接影响加工表面质量。环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动产生的加工系统的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误差和形状误差。材料特性:由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变形等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯的内应力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持久性。,1.1几何误差基础知识,1.1.3几何误差对使用功能的影响在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同的，但是其成品质量差异很大，这是由于产品零部件在制造、装配过程中存在的几何误差所造成的。测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但是无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差允许范围）。,1.1几何误差基础知识,几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上，也就是体现在几何精度的设计、生产和检测等方面的水平上。各种不同几何特性的误差对产品的使用功能的影响有所不同。表面误差主要影响外观、摩擦磨损、腐蚀、噪音等使用功能；尺寸和形位误差主要影响零、部件的空间相互位置，直接影响运动传递、载荷传递等性能。,1.1几何误差基础知识,1.1几何误差基础知识,1.1几何误差基础知识,凸轮轴控制进气阀和排气阀的开闭，凸轮形状误差会导致进气阀和排气阀的开闭时机出现偏差，直接影响发动机的功率。进、出阀门的几何误差影响其与缸体之间的密封状况。连杆连接活塞和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动，它们的几何误差会直接影响其运动副的配合性能。,1.1.4几何误差与成本的关系几何误差与制造成本、检测成本和维修成本之间存在密切的关系。制造时，为获得较小的几何误差，必然需要采用相对复杂的工艺过程，使用相对精密的工艺设备，由技术水平较高的操作人员操作，所以相对生产成本较高。,1.1几何误差基础知识,1.2.1几何精度的概念几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何公差，简称公差。几何精度设计的主要依据是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和使用维护的经济性。根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入产品的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参数设计和精度设计。,1.2几何精度基础知识,系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进参数设计是根据产品的使用功能要求确定机构各零件的结构和尺寸，即产品几何形体各要素的标称值。参数设计主要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、尺寸、材料等。精度设计是根据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素允许的加工和装配误差。,1.2几何精度基础知识,1.2.2几何精度设计的基本原则一般说来，产品几何精度设计的基本原则是最经济地满足功能要求。精度设计时，应该考虑产品的使用功能、精度储备、经济性、互换性、协调匹配等主要因素。,1.2几何精度基础知识,1.2.3几何精度设计的主要方法几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。因此，首先应调查、分析、提出产品的技术要求。在明确产品的使用功能、使用环境、批量等因素后，然后才可以开始几何精度设计。精度设计时，首先需要确定产品整机的精度，随后确定部件的精度，最后确定零件的精度。精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试验法三种,1.2几何精度基础知识,1互换性：一批相同规格的零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用要求的特性。,1.2几何精度基础知识,1.2.4互换性与公差,1.2几何精度基础知识,机械制造业中的互换性通常包括几何参数和物理参数的互换，本课程仅讨论几何参数的互换性。,互换性的作用：设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件，简化设计绘图和计算工作，从而缩短设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，从而降低加工成本，并能够实现流水线装配甚至在自动线上进行装配。使用维修方面：及时更换损坏的零部件，减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的使用效率，保持生产的连续性。,1.2几何精度基础知识,互换性的种类：,1完全互换：一批零件可以进行任意的替换使用，装配时不需挑选和修配。,2不完全互换：装配时允许挑选、调整和修配。,区别在于：完全互换适合于精度要求不高，生产批量较大，或与外厂协作生产的情况；不完全互换适合于精度要求很高，生产批量较大，通常是制造厂内部装配的机构或构件。,1.2几何精度基础知识,不完全互换常用的有分组互换法和调整法。如发动机的汽缸和活塞即采用分组互换法。,1.2几何精度基础知识,1.2几何精度基础知识,2几何量公差公差是指允许几何量的变动范围。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。,1.2几何精度基础知识,1.2几何精度基础知识,1.3.1标准及标准化,1概念的提出现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。例如：为使两个生产厂家生产的产品能够实现自由装配，这些产品必须按相同的标准制造。自行车的损坏零件能及时更换，是因为它们是按相同的标准制造的。,1.3几何精度规范,标准是重复性事物（如：产品、零部件等）和概念（如：术语、规则、方法、代号、量值等）所作的统一规定，是科学、技术和实践经验的总结，为使在一定的范围内获得最佳秩序，经有关方面协调一致，由主管部门机构批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则和依据。标准化即为制定、发布及实施标准的过程，是实现互换性生产的前提条件。,2标准化的基本含义,1.3几何精度规范,3标准的级别标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。国家标准：由国家标准化主管机构批准发布，在全国范围内统一的标准，代号为GB；行业（专业）标准：由行业标准化主管机构批准发布，在全国某行业内统一的标准；如JB、MT地方标准或企业标准：由省、自治区或企业主管部门批准发布的标准。代号为DB、QB。注意下级标准不能与上级标准相违背,1.3几何精度规范,国际标准：在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC）由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。,1.3几何精度规范,4标准的种类标准化涉及到国民经济的各个部门，因此标准种类繁多，主要有：基础标准：作为其它标准的基础，应用广泛。产品标准：对产品的品种、规格、技术性能，质量检验及包装运输等要求所制订的标准。此外还有工程建设标准、方法标准、安全标准环境保护标准、服务标准及管理标准等。,标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。,1.3几何精度规范,1优先数系的提出在机械设计中，需要确定很多参数，参数一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头尺寸等。所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定，否则会给生产管理带来麻烦。为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系国家标准（GB32180）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用。,1.3.2优先数系,1.3几何精度规范,2优先数系的规定优先数系为十进制等比数列即数列中含有和项，它们分别用系列符号R5、R10、R20、R40和R80表示，各系列的公比q为；R5的公比：R10的公比：R20的分比：R40的公比：R80的公比：,基本系列,补充系列,1.3几何精度规范,优先数系的基本系列。如R5系列：1.001.602.504.006.3010.00R10系列：1.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.00,使用中可以每个隔几项取一个数，组成派生系列，R5/2：1.002.506.3016.040.0100R10/3：1.002.004.008.0016.032.0,取值方法：计算值：取五位有效数字，供精确计算用常用值：取三位有效数字，经常用的优先数,1.3几何精度规范,3优先数系的特点疏密均匀，分档合理，简单易记，便于使用，国际通用。国家标准规定的优先数系具有广泛的适用性，常见的量值，如长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先数系进行的。本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数系。,1.3几何精度规范,1.3.3几何技术规范（GPS）产品几何技术规范规范所有符合机械工程规律的几何形体产品的整套几何量技术标准，它覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，涉及从产品开发、设计、制造、检测、装配以及维修、报废等产品生命周期的全过程。它不但是产品的信息传递与交换的基础，也是产品市场流通领域中合格评定的依据。在国际标准中，GPS标准体系是影响最广、最重要的基础标准体系之一，与质量管理（ISO9000）、产品模型数据交换（STEP）等重要标准体系的有着密切的联系，是产品质量保证和制造业信息化的重要基础。,1.3几何精度规范,1.3几何精度规范,1.4课程的性质、任务及要求,课程性质：技术基础课，承上启下。,课程任务：学会对机械产品进行精度设计，即合理规定公差，通过实验掌握测量的基本技能。,基本要求：1掌握基本概念，重要概念要熟记；2熟悉各个公差标准的内容及特点，能正确选择公差并能正确地标注到图样上；3独立完成作业及实验,课程特点：三多一少,课时安排：322462,汽车发动机装配线,